TW450855B - Method of preparing sintered products, sintered products, and water-atomised annealed iron-based powder used in the preparation - Google Patents
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Description
4 5 0855 A7 Β7 經濟部中央橾準局負工消费合作社印製 五、發明説明（1 本發明係關於粉末冶金之技藝，且更特定言之用作爲製 作具有高強度、高疲勞強度與高韌性之燒結體之合金鋼粉 、燒結體及一種製造燒結體之方法。較特別地，本發明係 關於一種含少量的氧及碳與作爲合金元素的鉻、錳與韵、 以鐵爲基的粉末。由根據本發明的粉末所製備之燒結物係 以高拉張強度及高勒性爲特色。 因此，本發明之一目的爲提供用於製造燒結體之合金鋼 粉以及由此所得之燒結體，其克服迄今已知之燒結體問題# 本發明之另一目的爲提供·Γ芦製造一具有以省略熱處理 之不昴貴方式而可得高尺寸精度之高強度鐵燒結體之方法。 簡而言之，根據本發明之鋼粉係關於水霧化、退火的以一 鐵爲基之粉末’其具有至少750 MPa之拉張強度，且包括 以重量％計 Cr 2.5-3.5 Mo 0.3-0.7 Mn>0.0 8 〇<〇.2 C<0.0 1 其餘爲鐵及不超過1%量的必然雜質。 較佳地，Cr量在2· 5與3.2重量％之間變化、Mo量在0.3 與05重量％之間變化及Μη量在0.09與0.3重量％之間變'化。
本發明之合金鋼粉可容易地藉使製備具有以上所定義之 合金元素組成物之鋼錠以任何熟知之水霧化方法而產生。 較佳的爲水霧化鋼粉係以在退火之前水霧化鋼粉具有〇 : C -4 - 本紙張尺度顧鮮{CNS) Α_4祕（21GX 297公餐） (讀背面之注意事項再填寫本頁〕
，1T 450855 A7 B7 五、發明説明（2 ) 重量比在1及3之間與碳含量在01及〇9重量％之間之此種 方式而;製備。爲了根據本發明更進一步處理，此水霧化鋼 粉係可根據卩(：175^97/0 1292或美國專利3 887 402中所描 述之方法而退火以得到相當低程度的碳及氧。 然後將退火的粉末與石墨粉和一種如硬脂酸鋅或H -石蠟 之潤滑劑混合，石墨粉之量係取決於燒結物之最终用途且 其通常在以鐵爲基的粉末之0.25到0.65重量％之間變化， 而潤滑劑之量爲至多以鐵爲基的粉末之1重量％。然後將此 混合物在習知之壓實壓力下、_即在從400-800 MPa之壓力 下壓實，且在從1100至1300。(：之溫度下燒結《然而，較 佳地且非常出人意料地，又當粉末在低溫下、即在約丨2 2 0 °C以下、較佳地在1 2 0 〇 °C以下或甚至在約1 1 5 0 °C以下之 溫度下及相當短之燒結時間 '即如45或30分鐘之低於lh之 燒結時間下燒結時，根據本發明粉末而製備的產物表現優 越之機械特性。 雖然與歐洲專利6 5 3 2 6 2中所指導的相反，爲了得到以 上所述之優越機械特性，熱處理係非必要的，但是可更進 一步地將燒結體作此類處理。 經濟部中央標隼局負工消费合作社印製 (請先Μ讀背面之注'意事項再填寫本頁) 爲何本發明之合金鋼粉及燒結體之相對成份侷限於某範 圍之原因係如下所述。 爲何合金鋼粉中之C不大於0.01 %之原因爲c係作I 一種 在固態溶液形成中以滲透入鋼鐵中而使鐵氧體基質硬化之 元素。若含量超過0 . 〇 1 w t% ?則鋼粉將相當地硬化，其對 欲商業使用之粉末會造成非常差的可壓縮性。 本紙張尺度適用中囡國家標準（CNS) Α4规格（210Χ29?公釐） 4508 55 A7 B7 五、發明説明（3 ) 燒結物中之C量係取決於與本發明之合金鋼粉所混合之石 墨粉量：。典型地，加入粉末之石墨量在025及0,65重量％ 之間。對於具有Cr含量在3及3.5%之粉末，所加入之石墨 量有時較低些且較佳地係在〇 · 2 5及0.5 %之間。在燒結物中 之C量基本上與加入粉末中之石墨量相同。 下列成份之侷限量對於合金鋼粉及燒結體兩者係爲通用 的。 成份Μ η係藉改善可硬化性及在溶液硬化中改善鋼鐵之強 度。然而’若Μη量超過〇,3 >，則鐵氧體硬化劑之量會增 加，而結果，此造成粉末具有不佳的可壓縮性β若Μ η量少 於0· 08，則不可能使用一般具有Μη含量在0.08 %以上之 便宜碎屑，除非在鋼鐵製造過程中，對於Μη之還原進行特 殊處理（參考歐洲專利653 262 ρ.4，第42-44行），而根 據本發明較佳的Μη量爲0.09-0.3% 〇 既然成份C r提供燒結物具有改良的可硬化性但不會有效 地增加鐵氧體硬度，因而Cr在鋼粉中爲一合適的合金元素 β爲了在燒結後得到足夠的強度，Ci含量2.5%或更高爲較 佳的。Cr含量在3.5%以上會造成氧化物和/或碳化物形成 之問題。 經濟部中央標準局貝工消资合作社印製 — 1 -- HH » 1 - --- Λ /^L·. 11 In --二· I ^^1 ir__- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 成份Μ 〇經過可硬化性之改良且又經過溶液及沉澱硬化而 可作爲改良鋼鐵之強度。低於〇 . 3 %之Μ 〇含量對特&僅有 微小影響。此外，較佳的爲Mo量因爲此合金元素之成本而 應不超過0.7 %» 爲了得到具有高可壓縮性之高強度燒結體及粉末，一般 -6- 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS )六4规格（210X297公釐） 4 饑 3 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（4) 少量、即低於0.01的量的s及P係為需要的，而根據本發明 所使用之粉末中S及P量係低於〇.〇1重量％。 成份Ο對燒結體之機械強度具有大的影響，且一般較佳 的為Ο量應儘可能維持較低。0與Cr會形成穩定之氧化物， 而此會造成妨礙適當的燒結機構。因此較佳地〇量應不超 過0. 15%。若量超過0.2%，則會生成大量氧化物。 壓實體之燒結較佳地係在一低於1 2 2 0 t之溫度、更佳地 在低於1 200 °C之溫度及最佳地在低於1 1 5 0。〇之溫度下進 行。如下列實例中所揭示，當在低如1 1 2 0 °c之溫度下燒結 僅30分鐘期間，可得到出人意料好的拉張強度而毋須任何 後續的熱處理。在高溫、即1 220eC以上之溫度時，燒結成 本會非預期地增加，從工業之觀點，此會使根據本發明之 粉末及方法非常引人注目。 低於0.5°C/秒之冷郤速率會造成鐵氧體形成，而超過2°C /秒之冷部速率會造成馬氏體形成。典型的帶式爐之冷郤速 率、即0.5 - 2 °C會造成良好的強度及韌性組合所須的完全貝 氏體結構。就此而論，應又說明根據本發明之燒結方法較 佳地係在帶式爐中進行》 本發明係以下列實例而作更進一步說明。 將具有Cr含量在2及3重量％間、Mo含量為0.5重量％及 Μη含量為〇. 1 I重量％之鋼粉依專利申請案pCT/ SE97/01292中所述地水霧化及退火。將從0.3至0.7%不 同量的石墨粉（C - U F 4)連同0.8重量％潤滑劑、η -石蠟加 入。粉末係在600MPa下壓實，且然後在1120°C、 (諳先Μ讀背面之注意^項再填寫本頁) 訂 本紙張·尺度適用中國圉家標準（CMS ) A4g ( 210Χ297公鏟） 4508 55 % u A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、 *#1月説明-(-十+」 90%1^2/10112之環境中燒結30分鐘。以下表1，2及3揭示 製備產物之生胚強度（GD)，尺寸變化（dl/L)，硬度（HvlO)， 拉張強度（TS)，降伏強度（YS)及衝擊能量（Charpy)。 表1 粉末：2CrO.5MoO.llMn 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.14 -0.072 200 669 521 23.5 0.4 7.11 -0.085 210 720 538 20.8 0.5 7.12 -0.072 221 761 576 21.2 0.6 7.10 -0.056 237 808 612 18.6 0.7 7.12 -0.025 261 861 698 16.8 表2 粉末：2.5Cr 0.5M〇 O.llMn 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.13 -0.089 218 731 534 25.8 0.4 7.12 -0.077 227 762 561 22.1 0.5 7.11 -0.065 251 814 595 20.4 0.6 7.11. -0.044 268 877 679 18.5 0.7 7.07 -0.019 361 1007 732 16.1 -8- Λ44Ϊ (請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) Μ規格（Ή0Χ297公釐> 訂 ·5'! ^508 5.5. Α7 Β7 L五 表3 粉末：3 Cr 0.5Μ〇 0.1 ΙΜη 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.10 -0.106 234 754 526 24.0 0.4 7.10 -0.076 247 804 563 20.7 0.5 7.10 -0.034 257 856 623 18.0 0.6 7.09 -0.001 315 969 704 16.4 0.7 7.04 508 685 15.6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ -1° 經濟部中央律準局員工消費合作.杜印絮 -8sl - 本紙乐尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）
Claims (1)
- 3 ^ 450RSI ” A8 BS C8 D8號專利申請案 圍修正本 中請專利範圍 (請先W讀背面之注f項再填寫本頁) 種製備一具有至少750 Mpa之拉張強度之燒結物而 毋須後續熱處理之方法，其包含在一至少600 Mpa之 壓力下壓實一包含以重量％計 Cr 2.5-3.5 Mo 0.3-0.7 Mn 0.09-0,3 〇<0.2 C<0.〇 1 其餘為鐵及不超過1%量之必然雜質之水霧化、退火 的以鐵為基之粉末與使壓實體燒結之步驟。 2.根據申請專利範園第丨項之方法，其中燒結溫度為最高 1220eC。 3_根據申請專利範圍第2項之方法，其中燒結溫度為少於 120 0°C · 4.根據申請專利範圍第3項之方法，其中燒結溫度為少於 1 1 5 0 °C · 5‘根據申請專利範圍第丨項之方法，其中將〇 25至〇 65重 "$：%量之石墨於壓實步驟前加入粉末中。 經濟部中央標率局貝工消费合作社印装 6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中將〇 3至〇5重量 %量之石墨:於壓實步驟前加入粉末中。 7. 根據申請專利範園第5項之方法，其中對於具有〇含量 為3-3‘5重量％之粉末，石墨量為〇25至〇5重量％。 8. —種燒結物，其根據申請專利範圍第丨或2項之方法所製 備，且其具有組合的碳含量為至少〇 2 5 % 本紙張尺度速用中B國家樣牟（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 5 0851 C：：· A8 BS C8 DS " [A 六、範圍…一 9. 根據申請專利範圍第8項之燒結物，其具有組合的碳含 量為至少0.3 %。 10. —種用於燒結物製備之水霧化 '退火之以鐵為基之粉末 ，其當在一至少600 MPa之壓力下壓實及在一少於 1 2 2 0 °C之溫度燒結時具有一 7 5 0 Μ P a以上之拉張強度 與其包含以重量％計 Cr 2.5-3.5 Mo 0.3-0.7 Μη 0.09-0.3 〇<0.2 C <0.0 1 其餘為鐵及至多1重量％量之必然雜質。 1 1.根據申請專利範圍第10項之粉末，其中Μ 〇量在0.3與 0 . 5重量％之間變化。 !2.根據申請專利範圍第10項之粉末，其中C r量在2.5與3 . 2 重量％之間變化。 13.根據申請專利範園第1〇或12項之粉末，其中水霧化粉末 在退火前具有一 Ο .· C重量比在丨與3之間及一碳含量在 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T 經濟部中央標準局貞工消f合作.社印褽 與 間之% 量 重 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 公告本 ))ώ (A ♦請曰期 >7、7,1 案 號 87111489 類 别 β f X. lA (以上各攔由本局埸註） A4 C4 450855 中文說明書修正頁(90年4月） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 霖^專利説明書 、發明么殽 中 文 製備燒結物之方法、燒結物及用於製備之水霧化經退火以鐵 為基之粉末 Iff型名# 英 文 METHOD OF PREPARING SINTERED PRODUCTS, SINTERED PRODUCTS, AND WATER-ATOMISED ANNEALED IRON-BASED POWDER USED IN THE PREPARATION 姓 名 1. 約輪亞米森 2. 歐拉艾瑞克森 國 籍 1-2均瑞典 _發明A 一、創作人 住、居所 1. 瑞典寧罕斯蕾市達蘭維根路19號 2. 瑞典好根那市拉曼那根它路3號 姓 名 (名稱） 瑞典商好根那公司 國 藉 瑞典 三、申請人 住、居所 (事務所) 端典好根那市布魯根塔路 代表人 姓 名 克雷斯林維斯特 小 裝· 訂 線 X 297公釐） 4 饑 3 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（4) 少量、即低於0.01的量的s及P係為需要的，而根據本發明 所使用之粉末中S及P量係低於〇.〇1重量％。 成份Ο對燒結體之機械強度具有大的影響，且一般較佳 的為Ο量應儘可能維持較低。0與Cr會形成穩定之氧化物， 而此會造成妨礙適當的燒結機構。因此較佳地〇量應不超 過0. 15%。若量超過0.2%，則會生成大量氧化物。 壓實體之燒結較佳地係在一低於1 2 2 0 t之溫度、更佳地 在低於1 200 °C之溫度及最佳地在低於1 1 5 0。〇之溫度下進 行。如下列實例中所揭示，當在低如1 1 2 0 °c之溫度下燒結 僅30分鐘期間，可得到出人意料好的拉張強度而毋須任何 後續的熱處理。在高溫、即1 220eC以上之溫度時，燒結成 本會非預期地增加，從工業之觀點，此會使根據本發明之 粉末及方法非常引人注目。 低於0.5°C/秒之冷郤速率會造成鐵氧體形成，而超過2°C /秒之冷部速率會造成馬氏體形成。典型的帶式爐之冷郤速 率、即0.5 - 2 °C會造成良好的強度及韌性組合所須的完全貝 氏體結構。就此而論，應又說明根據本發明之燒結方法較 佳地係在帶式爐中進行》 本發明係以下列實例而作更進一步說明。 將具有Cr含量在2及3重量％間、Mo含量為0.5重量％及 Μη含量為〇. 1 I重量％之鋼粉依專利申請案pCT/ SE97/01292中所述地水霧化及退火。將從0.3至0.7%不 同量的石墨粉（C - U F 4)連同0.8重量％潤滑劑、η -石蠟加 入。粉末係在600MPa下壓實，且然後在1120°C、 (諳先Μ讀背面之注意^項再填寫本頁) 訂 本紙張·尺度適用中國圉家標準（CMS ) A4g ( 210Χ297公鏟） 4508 55 % u A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、 *#1月説明-(-十+」 90%1^2/10112之環境中燒結30分鐘。以下表1，2及3揭示 製備產物之生胚強度（GD)，尺寸變化（dl/L)，硬度（HvlO)， 拉張強度（TS)，降伏強度（YS)及衝擊能量（Charpy)。 表1 粉末：2CrO.5MoO.llMn 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.14 -0.072 200 669 521 23.5 0.4 7.11 -0.085 210 720 538 20.8 0.5 7.12 -0.072 221 761 576 21.2 0.6 7.10 -0.056 237 808 612 18.6 0.7 7.12 -0.025 261 861 698 16.8 表2 粉末：2.5Cr 0.5M〇 O.llMn 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.13 -0.089 218 731 534 25.8 0.4 7.12 -0.077 227 762 561 22.1 0.5 7.11 -0.065 251 814 595 20.4 0.6 7.11. -0.044 268 877 679 18.5 0.7 7.07 -0.019 361 1007 732 16.1 -8- Λ44Ϊ (請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) Μ規格（Ή0Χ297公釐> 訂 ·5'! ^508 5.5. Α7 Β7 L五 表3 粉末：3 Cr 0.5Μ〇 0.1 ΙΜη 添加石墨 % 生胚強度 g/cc 尺寸變化 硬度 拉張強度 MPa 降伏強度 MPa 衝擊能量 J 0.3 7.10 -0.106 234 754 526 24.0 0.4 7.10 -0.076 247 804 563 20.7 0.5 7.10 -0.034 257 856 623 18.0 0.6 7.09 -0.001 315 969 704 16.4 0.7 7.04 508 685 15.6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ -1° 經濟部中央律準局員工消費合作.杜印絮 -8sl - 本紙乐尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）A5 BS 4508 55 第8711H89號專利申請案 中文說明書修正頁(90年4月） 四' 中文發明摘要（發明之名稱：製備燒結物之方法、燒結物及用於製備之水霧 ) 化經退火以鐵為基之粉末 (請先《讀背面之注意事項再填寫本X各襴) 本發明係關於一種製備一具有拉張強度為750 MPa之燒 結物之方法’其包括在至少600 MPa壓力下，將一種含以 重量％計以 2.5-3.5、Mo 0,3-0,7、Μη>0.08、 〇<0.2、C<0.01、其餘為鐵及不超過1%量的必然雜質之 水霧化、退火的以鐵為基之粉末壓實，及使壓實體在最多 122(TC之溫度下燒結》本發明也關於在本方法中所使用之 退火粉末以及燒結物" 英文發明摘要（發明之名稱：METHOD OF PREPARING SINTERED PRODUCTS,) SINTERED PRODUCTS, AND WATER-ATOMISED ANNEALED IRON-BASED POWDER USED IN THE PREPARATION 經 部 智 慧 產 局 貝 X 消 費 合 作 社 The present invention concerns a method of preparing a sintered product having a tensile strength 750 MPa comprising the steps of compacting a water-atomised, annealed iron-based powder comprising, by weight %, Cr 2.5-3.5, Mo 0.3-0.7,Mn >0.08,0 < 0.2, C < 0.01 the balance being iron and, an amount of not more that 1 %, inevitable impurities, at a pressure of at least 600 MPa and subjecting the compacted body to sintering at a temperature of at most 1220eC. The invention also concerns the annealed powder used in the method as well as the sintered products. 本纸張尺度適用中國國家梂準（CNS > A4规格（210X297公釐> 3 ^ 450RSI ” A8 BS C8 D8號專利申請案 圍修正本 中請專利範圍 (請先W讀背面之注f項再填寫本頁) 種製備一具有至少750 Mpa之拉張強度之燒結物而 毋須後續熱處理之方法，其包含在一至少600 Mpa之 壓力下壓實一包含以重量％計 Cr 2.5-3.5 Mo 0.3-0.7 Mn 0.09-0,3 〇<0.2 C<0.〇 1 其餘為鐵及不超過1%量之必然雜質之水霧化、退火 的以鐵為基之粉末與使壓實體燒結之步驟。 2.根據申請專利範園第丨項之方法，其中燒結溫度為最高 1220eC。 3_根據申請專利範圍第2項之方法，其中燒結溫度為少於 120 0°C · 4.根據申請專利範圍第3項之方法，其中燒結溫度為少於 1 1 5 0 °C · 5‘根據申請專利範圍第丨項之方法，其中將〇 25至〇 65重 "$：%量之石墨於壓實步驟前加入粉末中。 經濟部中央標率局貝工消费合作社印装 6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中將〇 3至〇5重量 %量之石墨:於壓實步驟前加入粉末中。 7. 根據申請專利範園第5項之方法，其中對於具有〇含量 為3-3‘5重量％之粉末，石墨量為〇25至〇5重量％。 8. —種燒結物，其根據申請專利範圍第丨或2項之方法所製 備，且其具有組合的碳含量為至少〇 2 5 % 本紙張尺度速用中B國家樣牟（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 5 0851 C：：· A8 BS C8 DS " [A 六、範圍…一 9. 根據申請專利範圍第8項之燒結物，其具有組合的碳含 量為至少0.3 %。 10. —種用於燒結物製備之水霧化 '退火之以鐵為基之粉末 ，其當在一至少600 MPa之壓力下壓實及在一少於 1 2 2 0 °C之溫度燒結時具有一 7 5 0 Μ P a以上之拉張強度 與其包含以重量％計 Cr 2.5-3.5 Mo 0.3-0.7 Μη 0.09-0.3 〇<0.2 C <0.0 1 其餘為鐵及至多1重量％量之必然雜質。 1 1.根據申請專利範圍第10項之粉末，其中Μ 〇量在0.3與 0 . 5重量％之間變化。 !2.根據申請專利範圍第10項之粉末，其中C r量在2.5與3 . 2 重量％之間變化。 13.根據申請專利範園第1〇或12項之粉末，其中水霧化粉末 在退火前具有一 Ο .· C重量比在丨與3之間及一碳含量在 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T 經濟部中央標準局貞工消f合作.社印褽 與 間之% 量 重 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）
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